Multi-dimensional characteristics of upward bubbly flows in a vertical large-size square channel

孫 昊旻; 功刀 資彰*; 横峯 健彦*; Shen, X.*; 日引 俊*

International Journal of Heat and Mass Transfer, 211, p.124214_1 - 124214_17, 2023/09

https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124214

An experiment for upward bubbly flows was conducted in a large square channel. The local void fraction, axial gas velocity, axial liquid velocity, interfacial area concentration, and Sauter mean diameter were measured at three axial locations. Based on the measurement data, the flow characteristics through flow development were investigated. The drift-flux parameters were directly determined from the local measurement data through their definitions. It was found that the distribution parameters and the void fractions could be fairly reproduced by the existing correlations for large circular pipes. Furthermore, the interfacial area concentrations could be predicted by existing correlations with reasonable accuracy.

断熱・非断熱条件下における水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動に及ぼす水蒸気添加の効果

古山 大誠*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之; 小林 秀昭*; 門脇 敏

日本機械学会論文集(インターネット), 87(898), p.21-00107_1 - 21-00107_12, 2021/06

https://doi.org/10.1299/transjsme.21-00107

断熱および非断熱条件下での水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動に及ぼす蒸気添加の影響を数値計算的に調査した。8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応でモデル化された水素-酸素燃焼の詳細な化学反応メカニズムを採用し、圧縮性ナビエ・ストークス方程式に基づいて、2次元の非定常反応流が処理された。蒸気の追加と熱損失が増加すると共に平面火炎の伝播速度は減少した。水蒸気濃度の増加と共に、標準化したセル状火炎の燃焼速度は増大し、熱損失が存在する場合、標準化したセル状火炎の燃焼速度は、断熱の場合より大きくなった。水蒸気添加により、水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動はプロモートされる。これは、ガスの熱拡散率が減少し、拡散-熱的不安定性が強くなるからである。水素予混合火炎の不安定性に及ぼす水蒸気添加の効果は新たな知見であり、原子力発電所などにおける水素防爆対策に繋がることが期待される。

Fracture characterization and rock mass behavior induced by blasting and mechanical excavation of shafts in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 常盤 哲也*; 佐藤 稔紀; 早野 明

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.682 - 687, 2019/05

本研究では、幌延深地層研究センターの発破掘削で施工された東立坑および機械掘削で施工された換気立坑において、掘削損傷領域の定量的な違いを検討することを目的とした。両立坑で実施した壁面観察の結果、発破掘削では、機械掘削と比較して、掘削に伴い発生したと考えられる割れ目が多く確認された。また、壁面で計測された弾性波速度に関しても、発破掘削で施工された東立坑の方が、機械掘削で施工された換気立坑よりも小さい値であった。これらの結果から、発破掘削の方が壁面岩盤に与える損傷の度合いが大きいことがわかった。さらに、発破掘削では、切羽前方の岩盤を補強するような支保パターンが、壁面の損傷を低減するのに最適である可能性が示された。

幌延深地層研究施設における掘削影響領域の評価; 深度250mを対象とした試験(共同研究)

青柳 和平; 窪田 健二*; 中田 英二*; 末永 弘*; 野原 慎太郎*

JAEA-Research 2017-004, 91 Pages, 2017/06

JAEA-Research-2017-004.pdf:6.07MB

本研究では、幌延深地層研究センターの地下施設のうち、250m調査坑道において、掘削影響領域における水理・力学・物理特性等を調査し、掘削影響領域の範囲や掘削影響領域において生じた物理変化の要因、およびその経時変化を評価することを目的として、弾性波トモグラフィ調査、弾性波屈折法探査、比抵抗トモグラフィ調査や透水試験を実施した。弾性波トモグラフィの結果、坑道掘削に伴い、坑道壁面から約1mの範囲内でP波速度が顕著に低下した。P波速度の低下と割れ目密度との間に相関があることが示されたことから、坑道掘削に伴って約1mの範囲まで割れ目が発達したと推定される。透水試験の結果、坑壁から0.51m離れた領域において、掘削に伴い透水係数が増大した。同一の調査箇所ではないものの、坑壁からの距離はP波速度の低下域と概ね調和しており、割れ目の形成に伴う透水係数の増大を捉えた可能性が示された。また、比抵抗トモグラフィ調査の結果から、掘削に伴う顕著な不飽和領域の形成は生じていないことが推察された。これらの調査結果から、掘削損傷領域の水理・力学特性を評価する手法として、今回採用した原位置試験方法や評価手法が妥当であることが示された。

結晶質岩を対象とした連成現象が長期挙動におよぼす影響に関する研究; 2015年度(委託研究)

市川 康明*; 木本 和志*; 松井 裕哉; 桑原 和道; 尾崎 裕介

JAEA-Research 2016-018, 23 Pages, 2016/12

JAEA-Research-2016-018.pdf:4.41MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分坑道の力学的安定性は、建設・操業時から坑道埋戻し後の数千年数万年という長期にわたって要求される。時間依存的挙動を示す岩石や岩盤の長期的な挙動を把握することは重要な課題である。一方で、岩石中の地下水の化学的な反応も長期挙動に影響を及ぼすことが明らかになった。この力学と化学の連成現象にも影響を及ぼすマイクロクラックの評価については、かねてからの課題でもある。2015年度は、周波数帯域を20MHzまで拡張したレーザドップラ振動計を用い、花崗岩供試体を透過する表面波の計測と群速度の推定を行った。その結果、群速度は100kHz500kHzまで、振動しながら減少する傾向にあることを明らかにした。群遅延からの群速度推定は、空間的に平均化した波形を用いることで信頼性、推定可能周波数帯域が向上し、波数-周波数スペクトルによる推定よりも容易であることも示された。ここで得られた結果は、将来的に花崗岩の粘弾性理論によるモデル化や、マイクロクラック非破壊評価のための評価値を与える際に有用な情報であると考えられる。本研究の知見を利用するためには、今後、群速度の変動と亀裂や結晶粒といった媒体の微視的な性状との対応を明らかにする必要がある。

A Study of efficient excavation limiting the extent of an excavation damaged zone in Horonobe URL

青柳 和平; 常盤 哲也*; 藤田 朝雄

Rock Mechanics and Rock Engineering; From the Past to the Future (EUROCK 2016), p.1023 - 1028, 2016/07

In excavation of a repository for high-level radioactive waste, it is important to limit the extent of the excavation damaged zone (EDZ) with efficient excavation rate. The objective of this study is to reveal the relationship among the extent of the EDZ, excavation direction related to in situ stress orientation, and excavation rate in detail. From the result of seismic refraction survey, the extent of the EDZ is estimated within 0.5 m into the gallery wall. The excavation rate of the gallery excavated almost parallel to the maximum principal stress was 1.1 to 1.3 times faster than that of the gallery excavated almost perpendicular to the maximum principal stress. Considering the excavation rate, fracture length, and the extent of the EDZ, excavation of galleries parallel to the maximum principal stress leads to limit the development of the EDZ with efficient excavation.

Hydrogeomechanical investigation of an excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 津坂 仁和*; 野原 慎太郎*; 窪田 健二*; 常盤 哲也*; 近藤 桂二*; 稲垣 大介*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/10

In a construction of a deep underground facility such as repository for high-level radioactive waste (HLW) disposal, significant changes in hydrogeomechanical properties around a gallery are expected. This zone is called an Excavation Damaged Zone (EDZ). For the safety of HLW disposal, it is necessary to investigate extent and hydrogeomechanical characteristics of an EDZ. In this research, the authors conducted in situ surveys such as seismic refraction survey, geological observation around a gallery, borehole television survey, and hydraulic tests in the Horonobe Underground Research Laboratory. From the results of those surveys, the authors concluded that the extent of the area with high-density of fractures and high hydraulic conductivity was estimated to be about 0.2 to 1.2 m into the gallery wall. The authors also compiled the information of the extent of an EDZ and hydrogeomechanical properties inside and outside of an EDZ as a conceptual model. Since the conceptual models provide the basic idea for determining flow and solute transport in an EDZ, the result of this research provides a useful data for a safety assessment of the HLW disposal.

3次元フレーム構造物の波動伝播特性に関する研究; チモシェンコ梁理論の導入

宮崎 明美

構造工学論文集,B, 52B, p.119 - 124, 2006/03

構造物が衝撃的外力を受けたとき、構造物内部では応力波が発生し、接合部や境界における反射や透過を繰返しながら伝播する。この伝播現象を解明することは、いまだ未解明である構造物の接合部等におけるエネルギー逸散現象を解明するための有効な知見となることが期待される。従来の振動モデルでは質量が離散的に扱われているため、対象となる周波数範囲に上限が生じ、伝播現象を正確に表現することができない。一方、質量を連続的に扱った振動モデル(連続体モデル)は周波数範囲の制限がなく波動現象も扱えるため、慣性項の影響という観点からは振動・波動現象の忠実な再現が可能である。本研究では、原子力プラント全容の実運用時における動的現象シミュレーションシステム(3次元仮想振動台)の開発において、特に配管系構造物における応力波伝播現象及び減衰機構の解明を目的とする。著者らはこれまで、連続体モデルを基礎とする3次元フレーム構造物の波動伝播解析手法を開発してきた。本論文では、せん断変形が憂慮される配管系構造物に本手法を適用するためにチモシェンコ梁理論を導入し、梁のせん断波の伝播を厳密に扱える3次元フレーム要素の定式化を示す。また、チモシェンコ梁理論と従来梁理論を比較し、従来梁理論の適用範囲を明示し、本手法の有効性を述べる。

Wave propagation properties of frame structures; Formulation for three dimensional frame structures

宮崎 明美

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/05

原子力施設などの重要建築物では、常に高レベルの安全性及び機能性を維持するための性能が求められている。特に、配管などのフレーム構造物は、高周波領域の応答まで考慮できる詳細解析の必要性が高まっており、実現象を再現できるモデル化の重要性が増してきている。本研究では、複雑な部材配置を有する組立構造物を対象とし、波動伝播現象を解明することを目的とする。そのために有効な手法としてスペクトル要素法(SEM)を採用している。SEMは周波数領域で有限要素を組立てることにより複合構造物における応力波の伝播を解析する手法である。膨大な計算量とメモリーを必要とするため、これまで多部材からなる複雑構造物に適用された例はほとんどみられない。本論文では、通常曲げ変形のみを考慮しているSEM梁要素にせん断変形を追加し、より高周波まで扱える3次元フレームの定式化について述べる。さらに、曲げ変形のみを考慮した要素との比較を行い、その有効性を示している。

Bubble dynamics in the thermal shock problem of the liquid metal target

石倉 修一*; 粉川 広行; 二川 正敏; 菊地 賢司; 日野 竜太郎; 荒川 忠一

Journal of Nuclear Materials, 318, p.113 - 121, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(03)00086-2

出力1MW,パルス幅1sの陽子ビームが入射した時に水銀ターゲット容器に発生する熱衝撃応力を解析した。初期圧52MPaが水銀中を伝播することにより61MPaの最大負圧を生じる。この負圧の発生によりキャビテーションの生成が予想される。そこで、キャビテーションの挙動を調べるために、単一バブルに対してバブル動力学から導かれる運動方程式のシミュレーションを行い、パラメータ解析を実施した結果、ターゲット容器ウィンドウ部の圧力が変化することによりバブルが1000倍以上に膨張することがわかった。その結果、波動伝播に影響を与えることになるが、バブル液体の状態方程式は多項式近似が可能である。また、静的・動的試験により液体の臨界圧力,音速,共振周波数を測定することにより、水銀中に内在するバブルの半径や体積率の判定が可能となることが示唆された。